图片来源：经 Hannah Webber 许可 今年夏天，了解用以表征阿卡迪亚国家公园物种的新型 DNA 技术。 我们的地球大约拥有 900 万种真核生物。多或少一百万。尽管我们甚至不知道我们星球上究竟有多少其他生物，或者它们*是什么*，这有点令人尴尬，但要清点地球的生物多样性并非易事。目前，生物学家通过细致的观察来识别动植物和真菌——颜色模式、形态差异、独特的行为以及其他依赖于受过专业训练的人眼才能识别的特征。但物种也可以通过其基因组中编码的 DNA 序列来独一无二地识别。例如，猕猴在其基因密码中携带一个签名序列，其他猕猴共享该序列，但该序列与近亲灵长类动物不同。科学家可以通过对生物标本进行 DNA 测序来利用这些独特的基因密码，以一种称为 DNA 条形码 的技术对其进行分类。下周，6 月 16 日和 17 日，公民科学家志愿者可以在缅因州法国湾的鳗草生态系统中 亲自动手 进行 DNA 条形码操作，并通过一个名为 BioTrails 的项目为生物多样性研究做出贡献。BioTrails 还将于今年夏天晚些时候，7 月 20 日举办一场 BioBlitz 活动，面向那些有兴趣了解 DNA 条形码在昆虫鉴定中的应用的人。BioTrails 项目由 Mount Desert Island Biological Laboratory 的首席研究员 Karen James 的团队组织，并获得了美国国家科学基金会的资助，以创建一个公民科学倡议，从而改进生态学研究和公众对其的理解。与依赖训练有素的分类学家的传统物种鉴定方法相比，DNA 条形码使公众能够参与样本采集，从而大大增加了可供科学家使用的生态系统种群数据量。而且，由于它不需要主观信息，DNA 条形码还可以提高物种信息的准确性并促进新物种的发现。BioTrails 项目的设计最终将扩展到国家公园管理局，以便 DNA 条形码可用于评估保护和恢复项目，并改善对这些地区物种的监测。“我们的生活以许多重要的方式与我们共享这个小星球的其他物种交织在一起，但由于气候变化和其他环境变化，它们正在迁徙，”James 说。事实上，目前约有 12% 的鸟类、23% 的动物和 32% 的两栖动物物种因过度开发、栖息地丧失和气候变化而面临灭绝的威胁。这些生物对我们至关重要，例如农作物和氧气的植物生产，但生物多样性对于维持生态系统的功能和稳定至关重要，包括生物量生产、养分循环和传染病预防。“如果我们想理解、监测和管理我们依赖和喜爱的物种，或者那些让我们生病的物种，如何应对变化，我们必须在空间和时间上观察它们。这项任务是巨大的，科学家数量根本不够，”James 说。尽管 Reddit 论坛在众包物种鉴定方面很有帮助（包括诸如“我的办公室里有这些虫子，它们是什么？”之类的帖子），但公民科学家参与 DNA 条形码对于解决科学家们所说的“分类障碍”至关重要。为了理解人类活动对生态系统的影响，第一步是识别我们这个熙熙攘攘的世界中的各种生物，并创建一个可扩展且强大的跟踪系统。要使用 DNA 条形码，科学家必须首先从正在调查的标本中提取 DNA，然后对其基因组进行测序一个签名基因（即条形码）。线粒体 DNA 中编码的细胞色素 c 氧化酶 I 通常是首选基因，因为它在一个物种群内通常是相似的，而在其他物种群中则不同。然后将基因序列与参考序列集进行比较，以确定其来源。创建完整的参考集可能具有挑战性，这凸显了公民科学研究在 DNA 条形码中的重要性。另一方面，通过参与亲自动手操作的 DNA 条形码机会，公民科学家可以为其他越来越受欢迎的 DNA 测序前沿应用获得背景信息，因为这项技术的成本正在下降。DNA 测序现在用于诊断临床细菌感染中的耐药病原体，以及对癌症患者的肿瘤类型进行表征并基于这些信息评估其预后。与所有测序应用一样，DNA 条形码可能会出错，最常见的是在序列解释方面。某些序列可能代表不正确的信息或可能无法解读，因此评估这些案例以了解该技术的局限性非常重要。志愿者们将有机会在这两次夏季活动中分析神秘的序列。在下周的 BioTrails 项目中，公民科学家将划皮艇穿过法国湾，采集海洋无脊椎动物的样本。下午，志愿者将把它们带回实验室，学习 James 和她的团队如何将这些动物样本转化为数据，为阿卡迪亚国家公园的生态种群调查提供信息。在七月份的 BioBlitz 活动中，有兴趣的参与者可以收集和分类昆虫，并了解 DNA 条形码如何促进鉴定过程。正如 James 所说，公民科学家的参与在生物多样性研究方面具有巨大的潜在影响。“基于 DNA 的物种鉴定可以通过准确识别公众在环境研究、恢复和管理项目中所观察和收集到的生物来提供帮助。其结果将是我们能够在一个快速变化的世界中进行生物多样性研究的规模上的一个飞跃。”
了解更多关于 BioTrails 等项目的信息，请访问 SciStarter，这是一个收录了全球 800 多个公民科学项目的资源。
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